DE2620935A1

DE2620935A1 - MOTOR WITH CHANGEABLE MAGNETIC RESISTANCE

Info

Publication number: DE2620935A1
Application number: DE19762620935
Authority: DE
Inventors: Claude Robert Maeder
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1976-05-12
Publication date: 1976-12-23
Also published as: GB1543813A; FR2315189A1; FR2315189B1; DE7615013U1; SU670251A3; JPS521414A; US4035680A; DE2620935C3; DE2620935B2

Description

poNT-A-MoussoN s.a.poNT-A-MoussoN s.a.

91, Avenue de la Liberation
54 Nancy (Frankreich) 91, avenue de la Liberation
54 Nancy (France)

Motor mit veränderlichem magnetischen WiderstandVariable reluctance motor

Die Erfindung bezieht sich auf Motoren mit veränderlichem magnetischen Widerstand und bezieht sich insbesondere auf Motoren mit einem festen und einem beweglichen Element, von denen das eine Element mit einer bestimmten Anzahl von auf gezahnten Stufen angebrachten Spulen versehen ist und das andere Element aus einer Masse aus gezahntem magnetischen Material besteht, wobei die Anzahl der Zähne des ersten Elementes sich von derjenigen der Zähne des zweiten Elementes unterscheidet, so daß die Zähne magnetische Kreise mit veränderlichem magnetischen Widerstand zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen den beiden Elementen erzeugen können, wenn die Spulen gemäß einer gegebenen Folge erregtThe invention relates to motors with variable magnetic reluctance and refers in particular to motors with one fixed and one moving element, one of which is provided with a certain number of coils mounted on toothed steps and the other element consists of a mass of toothed magnetic material, the number of teeth of the first element differs from that of the teeth of the second Element differs so that the teeth generate magnetic circuits with variable magnetic resistance a relative movement between the two elements when the coils are energized according to a given sequence

werden.will.

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— 2 —- 2 -

Zur Erzielung einer derartigen geeigneten Erregungsfolge der Spulen ist es bereits bekannt, derartige Motoren mit einer elektronischen Anordnung zu versehen, beispielsweise mit Thyristoren, die in Serie mit den Spulen geschaltet sind und die zu geeigneten Zeiten mit Hilfe eines transistorisierten SteuerSchaltkreises ausgelöst werden.To achieve such a suitable excitation sequence of the coils, it is already known, such motors with a to provide electronic arrangement, for example with thyristors, which are connected in series with the coils and which are triggered at suitable times with the help of a transistorized control circuit.

Um eine derartige elektronische Anordnung beseitigen zu können, die eine komplizierte und kostspielige Anordnung darstellt, hat man bereits versucht, Motoren mit veränderlichem magnetischen Widerstand der eingangs genannten Art an eine Dreiphasen- oder Drehstromquelle anzuschließen und die Steuerung der Spulen des Motors in Abhängigkeit von den Halbperioden des Stromes vorzunehmen. Ein Motor einer derartigen Ausführungsform ist beispielsweise in der FR-Patentanmeldung Ik 18 161 angegeben. Der dort beschriebene Motor erfordert jedoch die Anbringung von in Serie mit den Erregerspulen geschalteten Gleichrichterdioden und kann nur an eine Drehstromquelle angeschlossen werden.In order to eliminate such an electronic arrangement, which is a complicated and expensive arrangement, attempts have already been made to connect motors with variable reluctance of the type mentioned at the beginning to a three-phase or three-phase current source and to control the coils of the motor as a function of the half-cycles of the current. A motor of such an embodiment is specified in FR patent application Ik 18 161, for example. However, the motor described there requires the attachment of rectifier diodes connected in series with the excitation coils and can only be connected to a three-phase current source.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor mit veränderlichem magnetischen Widerstand anzugeben, der sämtliche Vorteile und insbesondere den hohen Wirkungsgrad des oben genannten Motores aufweist und der ohne die Anbringung eines elektronischen Bauteiles direkt an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden kann. Ferner soll der Motor, ausgehend vom gleichen Basisprinzip, so ausgebildet sein, daß der bei einer Spannung mit einer Anzahl von beliebigen Phasen arbeitet.The object of the invention is to provide a variable reluctance motor that has all of the advantages and in particular has the high efficiency of the above-mentioned motor and that without the installation of an electronic Component can be connected directly to an AC power source. Furthermore, based on the same basic principle, be designed so that the works with a voltage with any number of phases.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen Motor mit veränderlichem magnetischen Widerstand mit einem festen und einem beweglichen Element, von denen das eine mit einer bestimmten Anzahl von auf zahnförmigen Stufen angeordneten Spulen versehen ist und das andere aus einer Masse aus magnetischem Material besteht, auf dem Zähne zur Erzeugung einer Relativ-The invention thus relates to a variable speed motor magnetic reluctance with a fixed and a movable element, one of which with a specific Number of arranged on tooth-shaped steps coils is provided and the other from a mass of magnetic Consists of material on which teeth to generate a relative

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bewegung gegenüber den Zähnen des ersten Elementes angeordnet sind, wobei die Anzahl der Zähne des ersten Elementes verschieden von derjenigen der Zähne des zweiten Elementes ist, so daß die Zähne den magnetischen Widerstand der jeweils aus ihnen mit den Stufen gebildeten magnetischen Schaltkreisen zur Erzeugung einer Relativbewegung der beiden Elemente verändern können, wenn die Spulen von einer mehrphasigen Stromquelle versorgt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zähne der beiden Elemente der folgenden Gleichung genügt:arranged movement relative to the teeth of the first element are, the number of teeth of the first element being different from that of the teeth of the second element, so that the teeth the magnetic resistance of the magnetic circuits formed from them with the stages to generate a relative movement of the two elements can change when the coils from a polyphase power source are supplied, characterized in that the number of teeth of the two elements satisfies the following equation:

I ~ ^ZII I ⁼ — ^x — ' wobei
Ζγ = Anzahl der Zähne des ersten Elementes einschließlich der fiktiven Zähne, die sich zwischen den verschiedenen I ~ ^Z II I ⁼ - ^x - 'where
Ζγ = number of teeth of the first element including the fictitious teeth that are between the different

Stufen befinden können;
Zj₁= Anzahl der Zähne des zweiten Elementes; _s = Anzahl der Stufen pro Phase der Vers or gungs stromquelle ;Stages can be located;
Zj ₁ = number of teeth of the second element; _s = number of stages per phase of the power supply source;

k = ein Bruchteil der Phasenanzahl der Stromquelle, der höchstens gleich einem Drittel der Phasenanzahl ist.k = a fraction of the number of phases of the power source, the is at most equal to one third of the number of phases.

Weiterbildende Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Motores sollen im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele und anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen inFurther developing features and advantages of the engine according to the invention are to be found in the following on the basis of the exemplary embodiments and are explained in more detail with reference to the drawings. The drawings show in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Motores mit veränderlichem magnetischen Widerstand;Fig. 1 is a schematic illustration to explain the Mode of operation of a motor with variable magnetic resistance;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, teilweise in einem Radialschnitt eines erfindungsgemäßen Motores mit veränderlichem magnetischen Widerstand;2 shows a schematic representation, partly in a radial section, of an engine according to the invention variable magnetic reluctance;

Fig. 3a und 3b und Fig. 4 bis 9 verschiedene Darstellungen zur Erläuterung der Erzeugung der in dem Motor nach3a and 3b and FIGS. 4 to 9 different representations to explain the generation of the in the engine according to

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Fig. ? umlaufenden Felder;Fig.? surrounding fields;

Fig. 10 bis 12 drei Ausführungsbeispiele für den Anschluß des erfindungsgemaßen Motores nach Fig. 2j und in10 to 12 three exemplary embodiments for the connection of the motor according to the invention according to FIG. 2j and in

Fig. 13 bis 15 schematische Darstellungen zur Erläuterung verschiedener möglicher Ausführungsformen des erfindungsgemaßen Motores.13 to 15 are schematic representations for explanation various possible embodiments of the engine according to the invention.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 soll zunächst einmal die Wirkungsweise eines an sich bekannten Motores mit veränderlichem magnetischen Widerstand oder veränderlicher Reluktanz erläutert werden. In Fig. 1 sind zwei aufeinanderfolgende Stufen A₁ und A_n des einen Elementes des Motores dargestellt, der im vorliegenden Fall das Festelement oder der Stator S sein soll. Die aus magnetischem Material bestehenden Stufen sind von Spulen E umgeben, die mit einer nicht dargestellten Kommutatoreinrichtung gemäß einer gegebenen Folge erregt werden können. Jede Stufe A., und A_Q weist eine gewisse Anzahl von Zähnen D_c auf, vor denen sich die Zähne D_R eines anderen Elementes verschieben können, das im vorliegenden Falle das bewegliche Element oder der Rotor R sein soll; letzterer besteht aus einem magnetischen Material, dem aber nicht a priori eine bestimmte magnetische Polung zukommt. Zwischen den Zähnen des Stators und denen des Rotors ist ein Spalt E angeordnet.With reference to FIG. 1, the mode of operation of a known motor with variable magnetic resistance or variable reluctance will first be explained. In Fig. 1, two successive stages A ₁ and A _n of one element of the motor are shown, which should be the fixed element or the stator S in the present case. The stages made of magnetic material are surrounded by coils E, which can be excited with a commutator device, not shown, according to a given sequence. Each stage A., and A _Q has a certain number of teeth D _c , in front of which the teeth D _R of another element can move, which in the present case should be the movable element or the rotor R; the latter consists of a magnetic material that does not have a specific magnetic polarity a priori. A gap E is arranged between the teeth of the stator and those of the rotor.

Die 'Wirkungsweise eines derartigen Motores beruht bekanntlich darauf, daß zwischen den Zähnen D₃ des Stators der beiden aufeinanderfolgenden Stufen einerseits und den Zähnen D_R des Rotors andererseits eine gewisse Verschiebung d besteht, wobei die Schrittweite der Zähne mit ρ angegeben ist. Wenn man daher nur die Spule B der Stufe A₁ erregt, so geschieht in der in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung nichts, da ja die gegenüber-The 'mode of operation of such a motor is known to be based on the fact that between the teeth D _{3 of} the stator of the two successive stages on the one hand and the teeth D _{R of} the rotor on the other hand there is a certain displacement d, the increment of the teeth being indicated by ρ. If, therefore, only the coil B of stage A _{1 is} excited, nothing happens in the position shown in FIG.

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liegenden Zähne einander genau gegenüberliegen und daher die Reluktanz des entsprechenden magnetischen Kreises minimal ist.lying teeth are exactly opposite each other and therefore the Reluctance of the corresponding magnetic circuit is minimal is.

Wenn man aber die Spulen B der beiden Stufen A,. und A₀ erregt, so versucht der Rotor eine Stellung einzunehmen, in der die Reluktanz der beiden Kreise minimal ist. Daraus resultiert eine Bewegung des Rotors. Wenn anschließend die Spule der Stufe A₀ allein erregt wird, so folgt daraus eine erneute Verschiebung des Rotors, damit dessen Zähne wieder mit denen der Stufe A^ ausgefluchtet sind. Diese Wirkung wird unter der doppelten Voraussetzung erreicht, daß d < p/2 ist und daß die Spulen B gemäß einer genau vorgegebenen Folge erregt v/erden.But if you have the coils B of the two stages A ,. and A _{0 is} excited, the rotor tries to assume a position in which the reluctance of the two circles is minimal. This results in a movement of the rotor. If the coil of stage A ₀ is then energized alone, this results in another displacement of the rotor so that its teeth are again aligned with those of stage A ^. This effect is achieved under the twofold assumption that d <p / 2 and that the coils B are energized according to a precisely predetermined sequence.

Es ist einsichtig, daß man bei Anordnung der Vorrichtung längs eines Kreisumfanges einen umlaufenden Motor erhält.It will be appreciated that if the device is arranged along a circumference, a rotating motor is obtained.

Die Kommutierung oder Umschaltung der Spulen wurde bisher mit Hilfe elektronischer Kommutatoreinrichtungen oder auch unter Ausnutzung der Variation des Wechselstromes durchgeführt, wobei in dem Motor ein oder mehrere umlaufende Felder, beispielsweise mit Hilfe einer Dreiphasenspannung erzeugt werden. 3s ist aber bisher nicht möglich gewesen, derartige elektronische Bauelemente, vd.e z.B. Dioden, völlig wegzulassen, um das oben angegebene System für die Versorgung der Spulen zu verwenden.The commutation or switching of the coils was previously done with the help of electronic commutator devices or under Utilization of the variation of the alternating current carried out, whereby one or more rotating fields can be generated in the motor, for example with the aid of a three-phase voltage. 3s is but so far it has not been possible to completely omit such electronic components, e.g. diodes, in order to achieve the above to use the specified system for the supply of the coils.

Die Erfindung besteht somit darin, die Verschiebung d der Zähne des beweglichen Elementes gegenüber den Zähnen des festen Elementes durch Angabe einer vorgegebenen Relation zwischen der Anzahl der Zähne des festen Elementes und der Anzahl der Zähne des beweglichen Elementes einerseits und dem Versorgungssystem mit Wechselstrom, mit dem man den Motor versorgen will, andererseits anzuheben, wobei diese Relation es ermöglicht, einen ganze Gruppe von Motoren zu bauen, dieThe invention thus consists in the displacement d of the teeth of the movable element relative to the teeth of the fixed element by specifying a predetermined relation between the number of teeth of the fixed element and the number of teeth of the movable element on the one hand and the supply system with alternating current with which one wants to supply the engine, on the other hand to raise it, this relation making it possible to build a whole group of engines that

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sämtlich mit einer mehrphasigen Wechselspannung betrieben v/erden können, ohne daß die Verwendung irgendeines elektronischen Umschaltelementeρ erforderlich ist, wie z.B. einer Diode, eines Thyristors oder dergleichen.all operated with a multiphase alternating voltage can be grounded without the use of any electronic switching element ρ such as a Diode, thyristor or the like.

Gemäß der Erfindung gilt, wennAccording to the invention, if

Z_T = Anzahl der Zähne des ersten Elementes einschließlich der Anzahl der fiktiven Zähne, die sich zwischen den aufeinanderfolgenden Stufen dieses Elementes befinden könnten, wenn die Zähnung fortgesetzt wäre,Z _T = number of teeth of the first element including the number of fictitious teeth that could be located between the successive stages of this element if the teeth were to be continued,

Zjj= Anzahl der Zähne des zweiten Elementes, und _s = Anzahl der Stufen des ersten Elementes pro Phase der Versorgungspannung sind, die GleichungZjj = number of teeth of the second element, and _s = number of stages of the first element per phase of the supply voltage are the equation

= ε. χ k= ε. χ k

v.^robei k in dieser Gleichung ein Bruchteil der Phasenanzahl η ist, mit der der Motor betrieben werden soll; da es erforderlich ist, mindestens eine Phasenanzahl von 3 zu haben, um in dem Motor ein umlaufendes Feld zur Umschaltung des in den Stufen des Motors herrschenden Flusses zu haben, kann k höchstens n/3 sein. Auf diese Weise verknüpft die oben angegebene Gleichung die Phasenanzahl dar Spannung direkt mit der !Differenz der Anzahl von Zähnen des beweglichen Elementes und derjenigen des festen Elementes des Motors.v. ^r obei k in this equation is a fraction of the number of phases η with which the motor is to be operated; since it is necessary to have at least a number of phases of 3 in order to have a rotating field in the motor for switching over the flux prevailing in the stages of the motor, k can be at most n / 3. In this way, the above equation directly relates the number of phases of the voltage to the difference in the number of teeth of the movable element and that of the fixed element of the motor.

Da die Größe _s die Anzahl der umlaufenden Felder des Motors oder mit anderen Worten die Anzahl von Paaren von erzeugten Polen bestimmt, kann man die Gesamtanzahl von Stufen P des Motores bei Wahl der Anzahl von Stufen pro Phase und der Art der Versorgungsspannung gemäß der Gleichung P = _s χ η berechnen. Since the size _s the number of rotating fields of the motor or, in other words, determines the number of pairs of generated poles, one can determine the total number of stages P des Motor when selecting the number of stages per phase and the type the supply voltage according to the equation P = _s χ η.

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Ferner lässt sich die Umlaufgeschwindigkeit eines derartigen Motors mit Hilfe der GleichungFurthermore, the rotational speed of such a motor can be calculated using the equation

6060

²I oder II ² I or II

berechnen, wobei X2. = Umlaufgeschwindigkeit in Upm, f = Frequenz der Versorgungsspannung, und Z = Anzahl der Zähne des beweglichen Elementes sind.calculate, where X2. = Speed of rotation in rpm, f = frequency of the supply voltage, and Z = number of teeth of the movable element.

Mit Hilfe dieser Gleichungen kann man beispielsweise die folgende Tabelle von verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Motores berechnen, ohne daß die Anzahl der Ausführungsbeispiele auf die in der Tabelle wiedergegebenen beschränkt ist.With the help of these equations, for example, the following table of various exemplary embodiments of the engine according to the invention without affecting the number of exemplary embodiments in the table reproduced is limited.

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TABEL

ch
¹ Sch
¹ p Ausführungsformen des Motors :Design of the engine: AA. BB. CC. 22 11 22 DD. ^: E- ^: E- FF. GG 11 •• 22 33 44th veränderliche Größenvariable sizes PP. 1212th 22 44th 1212th 22 33 44th ΠΠ 44th 66th 6060 6060 1212th 6060 6060 6060 Anzahl der umlaufen
den Felder oder der
Stufen pro PhaseNumber of circulating
the fields or the
Levels per phase η
3η
3rd 1212th 22 5858 5656 : ⁴ : ⁴ 5858 5757 5656 StufenanzahlNumber of steps JsJs
33 5252 107107 ; ι; ι 103103 158158 214
i214
i PhasenanzahlNumber of phases sstJssstJs 11 11 Phasenanzahl
gedritteltNumber of phases
thirds ^zs
i , ^z s
i , . 1. 1 6060 Bruchteil der Phasen
anzahl, höchstens
gleich 1/3 der Phasen
anzahlFraction of phases
number, at most
equal to 1/3 of the phases
number ^Zr ^Z r 44th 5959 Differenz| Z - ζ |Difference | Z - ζ | ΩΩ 6(T6 (T. 5151 Anzahl der Zähne des
Stators
:Number of teeth of the
Stator
: 5656 Anzahl der Zähne des
RotorsNumber of teeth of the
Rotor 107107 Drehzahl des Motors bei ι
einer Frequenz von \
50 Hz j
' i
ι ISpeed of the motor at ι
a frequency of \
50 Hz j
' i
ι I II.

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- 9 - ³ - 9 - ³

Es darf darauf hingewiesen v/erden, daß die oben angegebene Gleichung sich in gleicher Weise verwenden lässt, wenn das bewegliche Element eine Anzahl von Zähnen aufweist, die größer als diejenige der Zähne des festen Elementes ist.It should be noted that the equation given above can be used in the same way if the movable element has a number of teeth which is greater than that of the teeth of the fixed element.

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wiedergegeben. Der dort angegebene Motor weist einen Stator 1 von kreisförmigem Querschnitt aus einem magnetischen Material auf und besteht aus einem äußeren Ring 2, von dem radial nach innen regelmässig über den Umfang verteilte Stufen 3 nach innen vorspringen, wobei es .sich bei der dort angegebenen Ausführungsform um zwölf mit I bis XII bezeichnete Stufen 3 handelt. Jede Stufe des Stators trägt eine Spule h, deren Verschaltung im folgenden noch näher angegeben werden soll. Die freie Außenfläche jeder Stufe trägt mehrere Zähne 5, im wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind vier Zähne erkennbar. Für die Berechnung der Differenz zwischen der Anzahl der Zähne des Rotors und derjenigen des Stators merkt man sich aber ferner für jede Stufe 3 einen fiktiven Zahn 5F, der zwar nicht körperlich vorhanden ist, aber den man fiktiv als neben den Zähnen der jeweiligen Stufe- liegend annimmt, v/ie es in Fig. 2 punktiert angedeutet ist. Selbstverständlich können diese Zähne 5F in Wirklichkeit aus Fertigungsgründen, insbesondere zur Anbringung der Spulen A um die jeweilige Stufe 3, nicht vorgesehen sein. Man erkennt ferner, daß jede Stufe sich zu einem Teil 3a verbreitert, an dem die Zähne 5 angebracht sind. Weiterhin zeigt Fig. 2, daß sämtliche Spulen 4 des Stators in der gleichen Richtung um ihre jeweiligen Stufen 3 gewickelt sind, so daß das von einer Spule auf ihrer jeweiligen Stufe erzeugte magnetische Feld sich auch um die beiden benachbarten Stufen wieder schließen kann.In Fig. 2, a preferred embodiment is shown. The motor specified there has a stator 1 of circular cross-section made of a magnetic material and consists of an outer ring 2, from which steps 3, which are distributed radially inwards and regularly over the circumference, protrude inwards, whereby it is .sich in the embodiment specified there twelve with I to XII designated levels 3 acts. Each stage of the stator carries a coil h, the interconnection of which is to be specified in more detail below. The free outer surface of each step has several teeth 5; four teeth can be seen in the illustrated embodiment. For the calculation of the difference between the number of teeth of the rotor and that of the stator one also notes a fictitious tooth 5F for each stage 3, which is not physically present, but which is fictitiously located next to the teeth of the respective stage assumes that it is indicated by dotted lines in FIG. 2. Of course, these teeth 5F cannot actually be provided for manufacturing reasons, in particular for attaching the coils A around the respective step 3. It can also be seen that each step widens to a part 3a on which the teeth 5 are attached. Furthermore, Fig. 2 shows that all coils 4 of the stator are wound in the same direction around their respective stages 3, so that the magnetic field generated by a coil on its respective stage can close again around the two adjacent stages.

- 10- 10

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Der Motor weist ferner einen R.otor 6 in Form eines R_ades aus magnetischem Material mit Zähnen 7 an seinem Umfang auf, welche sich vor den Zähnen 5 unter Beibehaltung eines Spaltes 8 zwischen ihnen verschieben, wobei der Stator einerseits und der Rotor andererseits selbstverständlich konzentrisch angeordnet sind. Der Rotor bildet von selbst keinen magnetischen Pol.The motor also has a rotor 6 in the form of a R _a of magnetic material with teeth 7 on its circumference, which move in front of the teeth 5 while maintaining a gap 8 between them, the stator on the one hand and the rotor on the other hand, of course are arranged concentrically. The rotor does not form a magnetic pole by itself.

Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist jede Stufe 3 des Stators mit fünf Zähnen 5 versehen und es sind zwölf Stufen vorhanden, so daß die Gesamtzahl Z,-, der Zähne des Stators einschließlich der fiktiven Zähne 5F 60 beträgt.In the illustrated embodiment, each stage 3 of the stator is provided with five teeth 5 and there are twelve stages present so that the total number Z, -, including the teeth of the stator of the fictitious teeth 5F is 60.

Wenn man ferner eine Dreiphasen-Versorgungsspannung wählt, so hat man eine Anzahl von Stufen pro Phase _s = P/n von vier, so daß der Motor vier Paare von Magnetpolen aufweist. Unter diesen Voraussetzungen kann somit Z_R den Wert 60 - 4 = 56 annehmen, wenn k = 1 ist; Zp kann aber auch den Wert 64 annehmen, da beide Zahlen die Bedingung erfüllen, daß die Verschiebung zwisehen den Zähnen des Rotors einerseits und den Zähnen des Stators der beiden aufeinanderfolgenden Stufen andererseits kleiner als der halbe Abstand zweier Zähne ist.Furthermore, if one chooses a three-phase supply voltage, one has a number of steps per phase _s = P / n of four, so that the motor has four pairs of magnetic poles. Under these conditions, Z _R can thus assume the value 60-4 = 56 when k = 1; However, Zp can also assume the value 64, since both numbers meet the condition that the displacement between the teeth of the rotor on the one hand and the teeth of the stator of the two successive stages on the other hand is less than half the distance between two teeth.

Setzt man voraus, daß jede Stufe 3 an eine Sinusspannung angeschlossen ist, so wird ihr Feld einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, der gegenüber der Spannung um einen Phasenwinkel verschoben ist, welcher insbesondere vom Ohm'sehen Widerstand der Spule abhängt. Wenn man unabhängig davon die drei sinusförmigen Kurven der Ströme in den zwölf Spulen I bis XII aufzeichnet (vgl. Fig. 3a), so kann man die in Fig. 3b wiedergegebene Tabelle aufstellen, in der das Vorzeichen und der Wert des jeweiligen magnetischen Flusses in den jeweiligen Stufen bei 30°, 90°, 150°, 210°, 270° und 330° eines Stromzyklus wiedergegeben sind. Es sei hinzugefügt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Spulen I bis XII gemäß der in Fig. 10Assuming that each stage 3 is connected to a sinusoidal voltage is, its field will have a sinusoidal curve that is shifted by a phase angle with respect to the voltage is which particular resistance seen from the ohms depends on the coil. If one independently plots the three sinusoidal curves of the currents in the twelve coils I to XII (see. Fig. 3a), you can set up the table shown in Fig. 3b, in which the sign and the Value of the respective magnetic flux in the respective steps at 30 °, 90 °, 150 °, 210 °, 270 ° and 330 ° of a current cycle are reproduced. It should be added that, in this embodiment, the coils I to XII according to that shown in FIG

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wiedergegebenen /mordnung miteinander verschaltet sind. Aus der in Fig. 3b wiedergegebenen Tabelle ergibt sich, wenn der Fluß in einer Stufe maximal und von einem gegebenen Vorzeichen ist, daß dann die beiden benachbarten Stufen von einem Strom durchflossen sind, der das entgegengesetzte Vorzeichen und einen halb so großen Betrag aufweist.reproduced / order are interconnected. From the The table shown in Fig. 3b results when the flow in a stage is maximum and has a given sign, that then the two adjacent stages are traversed by a current which has the opposite sign and one half the amount.

Man erkennt somit, daß der oben beschriebene Motor sämtliche Vorteile des in der FR-Patentanmeldung Ik 18 161 angegebenen Motors aufgrund der oben angegebenen Merkmale aufweist, wobei zusätzlich der beträchtliche Vorteil hinzukommt, daß der Motor direkt an eine Versorgung angeschlossen werden kann, ohne daß irgendwelche Hilfselemente erforderlich sind.It can thus be seen that the motor described above has all the advantages of the motor specified in FR patent application Ik 18 161 due to the features specified above, with the additional considerable advantage that the motor can be connected directly to a supply without any Auxiliary elements are required.

Die Fig. h bis 9 geben für jeden der in den Fig. 3a und 3b angegebenen Zeitpunkte die Richtung und den Wert der in den zwölf Stufen des Motors herrschenden Flusses wieder. Man erkennt, daß ein umlaufendes Feld in dem Motor erzeugt wird und daß das Feld einen halben Umlauf bei doppeltem Wechsel des Stromes bewirkt. In der Zwischenzeit wird sich der Rotor 6 um zwei Zähne gedreht haben, so daß die Drehzahl des Motors in Umdrehungen p^o Minute den WertFIGS. H to 9 show, for each of the times indicated in FIGS. 3a and 3b, the direction and the value of the flux prevailing in the twelve stages of the motor. It can be seen that a revolving field is generated in the motor and that the field effects half a revolution when the current is changed twice. In the meantime, the rotor 6 will have rotated two teeth, so that the speed of the motor in revolutions p ^ o minute the value

J^a _{= 107 UpM} J ^ a _{= 107 rpm}

haben wird, wobei die Frequenz der Stromquelle 50 Hz beträgt.will have, the frequency of the power source being 50 Hz.

Der Stator 1 und der Rotor 6 können aus beliebigem geeigneten magnetischen Material bestehen, wobei selbstverständlich ein Material mit einer geringen Neigung für Foucault'sehe Ströme vorzuziehen ist. Beispielsweise kann man normalen Flußstahl, gestapelte Bleche, z.B. aus Siliziumstahl, Sinterstahl-oder aber Epoxydharze verwenden, in welche Teilchen aus magnetischem Metall, wie z.B. Eisen eingebaut sind.The stator 1 and the rotor 6 can consist of any suitable magnetic material, of course a Material with a slight tendency towards Foucault's currents is preferable. For example, you can use normal mild steel, stacked sheets, e.g. made of silicon steel, sintered steel or but use epoxy resins in which particles of magnetic metal such as iron are built.

- 12 609852/0632 - 12 609852/0632

In Fig. 10 bis 12 sind einige Möglichkeiten der Verschaltung der Spulen 4 des in Fig. 2 wiedergegebenen Motors dargestellt, wobei diese Verschaltung entweder sternförmig (vgl. Fig. 10 und 11) oder dreieckförmig (vgl. Fig. 12) sein kann. Man erkennt, daß die Spulen in Reihe mit ihrerseits paarweise parallel reschalteten Spulen, oder aber sämtlich parallel oder sämtlich in Reihe geschaltet sein können, wie es der jeweils gewählten Ausführungsform entspricht.In Fig. 10 to 12 some possibilities for the interconnection of the coils 4 of the motor shown in Fig. 2 are shown, this interconnection can either be star-shaped (cf. FIGS. 10 and 11) or triangular (cf. FIG. 12). One recognises, that the coils are in series with their turn coils connected in parallel in pairs, or else all in parallel or can all be connected in series, as corresponds to the embodiment selected in each case.

Weiterhin ist es möglich, den Motor mit einer Sinphasen-Spannung zu betreiben, die in üblicher Weise mit Kondensatoren zur Phasenverschiebung in eine Dreiphasen-Spannung transformiert werden kann.It is also possible to run the motor with a sin-phase voltage to operate, which is transformed into a three-phase voltage in the usual way with capacitors for phase shifting can be.

In Fig. 13 bis 15 sind verschiedene mögliche Ausführungsformen des in Fig. 2 wiedergegebenen Motors dargestellt. Es darf jedoch darauf hingewiesen werden, daß die in Fig. 13 bis 15 wiedergegebenen Ausführungsformen bei sämtlichen Motoren der oben beschriebenen Art verwendet werden können, die der eingangs erläuterten Beziehung genügen.In FIGS. 13 to 15, various possible embodiments of the motor shown in FIG. 2 are shown. However, it is allowed it should be noted that those shown in Figs Embodiments can be used in all motors of the type described above, those explained at the outset Relationship suffice.

Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei bewegliche Elemente 9 und 10 von im allgemeinen zylindrischer Form koaxial zueinander angeordnet sind, wobei das innere Element 9 mit Spulen 11 versehene radiale Stufen trägt, die sich nach außen erstrecken, während das größere Element als innen gezahnter Ring ausgebildet ist. In diesem Falle kann das innere Element 9 fest angeordnet sein und den Stator bilden, während das bewegliche Element vom äußeren Ring gebildet ist, jedoch können Stator und Rotor auch in umgekehrter Weise besetzt sein.Fig. 13 shows an embodiment in which two movable members 9 and 10 of generally cylindrical shape are coaxial are arranged to each other, wherein the inner element 9 has radial steps provided with coils 11, which follow extend outside, while the larger element is designed as an internally toothed ring. In this case the inner Element 9 be fixed and form the stator, while the movable element is formed by the outer ring, however the stator and rotor can also be occupied in reverse.

In Fig. 14 ist ein Motor wiedergegeben, bei dem zwei Elemente 12 und 13 vorgesehen sind, die von zwei auf der gleichen Achse ausgerichteten Zylinderkörpern ausgebildet sind. Die einanderIn Fig. 14, an engine is shown in which two elements 12 and 13 are provided, which are formed by two cylinder bodies aligned on the same axis. The one another

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- 13 -- 13 -

262Ü935 - 13 - ^262Ü935 - 13 - ^

gegenüberliegenden Flächen der beider Element^ weinen j??wr?-?iF· eine Reihe von axialen Stufen 14 mit Zähnen und Spulen cowie einen Zahnring 15 auf, der den Zähnen 16 der Stufen des anderen Elementes gegenüberliegend angeordnet ist. Auch in dl-", sr-rn ?*lle kann jedes der beiden Elemente v^r*hl weise als Stator oder air Rotor verwendet werden.opposite surfaces of the two elements ^ wej ?? wr? -? iF · a series of axial steps 14 with teeth and coils cowie a toothed ring 15 which is arranged opposite the teeth 16 of the steps of the other element. Also in dl "sr-rn? * Ll, each of the two elements v ^r * hl used as stator or rotor air.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsforn, bei ior i?n Sfcatorelement aus zwei zylindrischen Bereichen 17a und 17b besteht, die koaxial zueinander und zu einem Rotorelement 18 angeordnet sind. Die beiden Bereiche i?a und 17b sind in ähnlicher Weise wie das Element nach Fig. 14 ausgebildet, wobei die Stufen der Klarheit halber nicht eingezeichnet sind. In diesem Fall? ist der Rotor 18 an eine den Bereich 17b des Stators durchsetzende Welle 19 angeschlossen und mit Zähnen 20 versehen, die v-m Umfang den beiden Bereichen 17a und 17b gegenüberliegend angeordnet sind. In diesem Falle gilt die oben angegebene Beziehung selbstverständlich für jede Anordnung, die aus einem Bereich des Stators und einer Gruppe von Zähnen des Rotors besteht, welche sich auf der dem Statorbereich gegenüberliegenden 3e?'te befinden.15 shows a further embodiment, in which the Sfcatorelement consists of two cylindrical regions 17a and 17b, which are arranged coaxially to one another and to a rotor element 18. The two areas i? A and 17b are designed in a similar manner to the element according to FIG. 14, the steps not being shown for the sake of clarity. In this case? the rotor 18 is connected to a shaft 19 penetrating the area 17b of the stator and is provided with teeth 20 which are arranged on the circumference of the two areas 17a and 17b opposite one another. In this case, the relationship given above naturally applies to any arrangement which consists of a region of the stator and a group of teeth of the rotor which are located on the third opposite to the stator region.

Der oben beschriebene Motor stellt somit einen Motor dar. der direkt an eine mehrphasige Stromquelle angeschlossen werden kann und der eine Vielzahl von Ausführungsformen annehmen kann. Insbesondere kann man, ausgehend von einer gegebenen Statoranordnung, dem Motor verschiedene Umlaufgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen erteilen, in dem man entweder für die Rotoren verschiedene Anzahlen von Zähnen verwendet oder indem man die Spulen des Stators an verschiedene mehrphasige Stromquellen anschließt.The motor described above thus represents a motor that can be connected directly to a multiphase power source and which can take on a variety of forms. In particular, starting from a given stator arrangement, one can Give the motor different rotational speeds or rotational speeds, in which one either for the rotors different Numbers of teeth used or by connecting the coils of the stator to different multiphase power sources connects.

Man erkennt ferner, daß die Ausgangsgeschwindigkeiten der oben beschriebenen Motoren relativ gering sind, was in einigen Fällen besonders vorteilhaft sein kann, um üblicherweise ver-It can also be seen that the output speeds of the motors described above are relatively low, which in some Cases can be particularly advantageous in order to usually

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

- 14 -- 14 -

wendete Untersetzungsgetriebe zu ersetzen oder um die Motorisierung von bestimmte-η Steuerungen vorzunehmen.used to replace reduction gears or to change the motorization of certain-η controls.

Patentansprüche; - 15 - Claims; - 15 -

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Claims

- 15 - 4b claims

1.1 Drive device with a multi-phase power source and

t a motor with variable reluctance, the latter with a fixed element and a movable element, one of which has a certain number of coils arranged on toothed steps and the other of which consists of a mass of magnetic material with teeth arranged thereon to produce a relative movement is provided opposite the teeth of the first element, the number of teeth of the first element differs from that of the teeth of the second element in such a way that the teeth use the reluctance of the magnetic circuits forming them with the steps to produce a relative movement between the can change both elements when the coils \ ^r on the multiphase power source are supplied, characterized in that the coils (4, I-XII) are connected directly to the multiphase power source and successively acted upon by the power source, so that each coil after one its immediately adjacent coil is supplied, and that the number of teeth of the two elements (1, 6; 9. 10; 12, 13; 17a, 17b, 18) satisfy the following equation:

= S ₁ χ k

where Zj = number of teeth (5) of the first element inclusive the fictitious teeth (5F) which are supposed to be between the steps (3);

Zrr = number of teeth (7) of the second element;

_s = number of stages (3) per phase of the power source; and

k = fraction of the number of phases of the power source less than or equal to one third of the number of these phases.

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2. Apparatus according to claim 1, characterized in that all the coils (4, I-XII) in the are wound in the same direction on their respective stages, so that the respective magnetic generated on one stage Field around the two adjacent levels can close.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the two elements of in general are cylindrical and coaxial in shape.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the first element as a stator and the second element are designed as a rotor or vice versa.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the first element of the second element or is surrounded vice versa.

6. Device according to one or more of claims 3 to 5, characterized in that the respective Teeth are formed on the respective opposing cylindrical surfaces of the two elements.

7. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the respective teeth on each opposite radial surfaces of the two elements are arranged.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that g e k e η η -

ζ e i c h η et that one of the two elements consists of two parts consists, each carrying an equal number of teeth on their opposite radial surfaces, and that the second element arranged between the two parts of the first element and has teeth on both of its radial surfaces.

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9. The device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the coils (4, I-XII) of the stages (3, 11, 14) individually or in groups in the form of a
Triangle or a star are arranged.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the to the same phase of the power source connected coils are connected in series or in parallel.

11. The device according to claim 9, characterized in that the coils connected to the same phase of the power source are connected in series per group,
the groups themselves being connected in parallel.

12. The device according to one or more of claims 1 to

11, characterized in that the magnetic circuit of at least one of the two elements consists of soft iron, of laminated sheet metal, of sintered metal or of an epoxy resin, in which particles of magnetic metal,
such as iron are incorporated.

13. Device according to one or more of claims 1 to

12, characterized in that the device has twelve stages (3, 11, 14) and the coils (4, I-XII) in are connected in such a way that they form four pairs of magnetic poles when connected to a three-phase supply current source.

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